АДСОРБЦИОННЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04B37/02 

Изобретение относится к области криогенной техники, а более конкретно к устройству адсорбционных насосов, предназначенных для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов.

Известны адсорбционные насосы (см., например, Е.И. Микулин "Криогенная техника", изд. "Машиностроение", М., 1969 г.), содержащие адсорбент, заключенный в перфорированную оболочку и закрепленный на холодной стенке криогенных устройств. Такие адсорбционные насосы выполняются в виде самостоятельных кассетных или капсульных устройств, пристыковываемых к охлаждаемой хладагентом стенке холодильной машины, аппарата или емкости. Адсорбент в известных устройствах слабо защищен от внешних теплопритоков, что отрицательно сказывается на его работоспособности.

Недостатками таких адсорбционных насосов является низкая эффективность работы из-за повышенных внешних теплопритоков.

Известен также адсорбционный насос (см. , например, авторское свидетельство СССР 827835, МПК: F 04 В 37/02 от 1981 г.), выбранный в качестве прототипа и содержащий емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости.

Адсорбент, например, активированный уголь, размещен в межстенной полости с обеспечением теплового контакта с внешней поверхностью внутренней стенки емкости и имеет охлаждение от контакта с экраном и с внутренней стенкой емкости, заполненной криогенным продуктом, например, жидким азотом. Адсорбент в данном устройстве подвергается воздействию теплопритоков из окружающей среды со стороны наружной оболочки емкости и по опорным элементам, что отрицательно сказывается на работе адсорбента.

Недостатками известного адсорбционного насоса являются низкие откачные характеристики из-за повышенных внешних теплопритоков.

Задачей настоящего изобретения является создание адсорбционного насоса, который обладал бы повышенными откачными характеристиками за счет уменьшения внешних теплопритоков.

Поставленная задача решается тем, что в адсорбционном насосе, содержащем емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, в слоях теплоизоляции выполнен радиационный зазор, а экран расположен в этом зазоре и закреплен на горловине емкости.

Технический результат в части выполнения в слоях теплоизоляции радиационного зазора и расположения в нем экрана, закрепленного на горловине емкости, а также взаимная конструктивная связь всех составных элементов адсорбционного насоса обеспечивает повышение откачных характеристик за счет уменьшения теплопритоков, в том числе, теплопритоков извне, снимаемых экраном, расположенным в радиационном зазоре, образованном в слоях теплоизоляции, что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.

Использование предлагаемого устройства адсорбционного насоса для поддержания вакуума в замкнутых объемах, например, в теплоизоляционных полостях криогенных емкостей при длительном хранении криогенных продуктов позволит дать значительный экономический эффект за счет обеспечения повышенных откачных характеристик путем уменьшения внешних теплопритоков.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемый адсорбционный насос состоит из следующих основных узлов и деталей: емкости 1 с горловиной 2 в наружной оболочке 3, многослойно-вакуумной теплоизоляции 4, экрана 5 и адсорбента 6, закрепленного на внутренней стенке 7 емкости 1.

В слоях 8 теплоизоляции 4 выполнен радиационный зазор 9, а экран 5 перфорирован и выполнен из высокотеплопроводного материала, например, меди и расположен в этом зазоре 9. Экран 5 закреплен на горловине 2 емкости 1.

Емкость 1 снабжена пенопластовой пробкой 10, устанавливаемой в горловине 2 с образованием между пробкой и горловиной кольцевого канала или спиралеобразного канала 11 для отвода паров криогенного продукта, например, жидкого азота. Для чего, в первом случае, пробка 10 устанавливается с кольцевым зазором относительно горловины 2, а во втором, пробка устанавливается беззазорно, но при этом на поверхности пробки 10 или горловины 2 выполняют спиралеобразный канал 11 для удлинения пути прохождения газов и более эффективного охлаждения горловины и снятия теплопритоков, поступающих извне. Емкость 1 содержит клапан вакуумирования 12, установленный на наружной оболочке 3 и сообщенный с межстенной полостью 13 емкости 1. Клапан вакуумирования используют при проведении регенерации адсорбента 6.

Работает адсорбентный насос следующим образом.

Криогенный продукт, например жидкий азот, заливают через горловину 2 во внутреннюю полость емкости 1, в результате чего первоначально происходит захолаживание адсорбционного насоса с последующим заполнением внутренней полости емкости 1 до заданного уровня. После заправки емкости 1 жидким азотом горловину 1 закрывают пробкой 10. Испаряющийся азот отводят наружу через спиральный канал (кольцевой канал) 11, при этом холодные пары азота, соприкасаясь с пробкой 10 и горловиной 2, охлаждают их и снимают тепло, поступающее извне.

Адсорбент 6, закрепленный на внутренней стенке 7 емкости 1, при охлаждении от стенки 7 включается в работу. В качестве адсорбента 6 используют, например, цеолит СаЕ - 4ВС или активированный древесный уголь. Охлаждаясь до температуры жидкого азота, адсорбент 6 поглощает молекулы газов из межстенной полости 13 и, тем самым, повышает и поддерживает вакуум порядка 1•10^-4 мм рт. ст. в межстенной полости 13, в которой размещена многослойно-вакуумная теплоизоляция 4, например, экранно-вакуумная теплоизоляция ЭВТИ - 2В, эффективно работающая при вакууме порядка 1•10^-4 мм рт.ст. и состоящая из чередующихся слоев отражающего и прокладочного материалов. Отражающим материалом служит полиэтилентерефталатная пленка, алюминизированная с двух сторон, а прокладочным - стекловуаль. Выполнение в слоях 8 теплоизоляции 4 радиационного зазора 9 обеспечивает радиационный теплообмен и поглощение (съем) расположенным в зазоре 9 экраном 5 основных теплопритоков, поступающих от наружной оболочки 3 и слоев 8 теплоизоляции 4, расположенных над экраном на размере l, при этом закрепление экрана 5 на горловине 2 обеспечивает перенос тепла с экрана 5 на охлаждаемую отходящими парами азота горловину 2, что повышает эффективность работы экрана 5. Для обеспечения откачки газов из надэкранной части в полости 13 экран 5 перфорирован. Организованная таким образом защита от теплопритоков извне адсорбента 6 и охлаждающего его через стенку 7 жидкого азота позволяет обеспечить эффективное охлаждение адсорбента 6, что повышает его откачные характеристики за счет снижения внешних теплопритоков, а это позволяет выполнить поставленную задачу.

Изобретение предназначено для использования в области криогенной техники для поддержания вакуума путем поглощения молекул газов из замкнутых объемов. Насос содержит емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости. В слоях теплоизоляции выполнен радиационный зазор. Экран расположен в этом зазоре и закреплен на горловине емкости. Повышаются откачные характеристики. 1 ил.

Адсорбционный насос, содержащий емкость с горловиной в наружной оболочке, многослойно-вакуумную теплоизоляцию, экран и адсорбент, закрепленный на внутренней стенке емкости, отличающийся тем, что в слоях теплоизоляции выполнен радиационный зазор, а экран расположен в этом зазоре и закреплен на горловине емкости.